JP2003309939A - 直流電動機 - Google Patents
直流電動機Info
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- JP2003309939A JP2003309939A JP2002113464A JP2002113464A JP2003309939A JP 2003309939 A JP2003309939 A JP 2003309939A JP 2002113464 A JP2002113464 A JP 2002113464A JP 2002113464 A JP2002113464 A JP 2002113464A JP 2003309939 A JP2003309939 A JP 2003309939A
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- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電動機の出力トルクの向上又は小型化。
【解決手段】 図１は本実施例に係わる直流電動機１０
０の回転軸に垂直な断面の断面図である。この直流電動
機のステータは、軟鉄製のステータ・ハウジング１と永
久磁石２とから構成されている。永久磁石２は、ロータ
Ｒの回転軸に向かってＮ磁極を持つものと、ロータＲの
回転軸に向かってＳ磁極を持つものとが、交互に配設さ
れている。図１の構成における本発明の特徴は、各永久
磁石２の各間隙に配設された、永久磁石２と同数の突極
３にある。この突極３は、軟鉄から形成されており、永
久磁石２の厚さと略同じ高さを有している。例えば以上
の様な構成により、ｑ軸側の磁束経路における磁気抵抗
値と、ｄ軸側の磁束経路における磁気抵抗値との差分を
できるだけ大きく確保すれば、比較的大きなリラクタン
ス・トルクを取り出すことができる。
０の回転軸に垂直な断面の断面図である。この直流電動
機のステータは、軟鉄製のステータ・ハウジング１と永
久磁石２とから構成されている。永久磁石２は、ロータ
Ｒの回転軸に向かってＮ磁極を持つものと、ロータＲの
回転軸に向かってＳ磁極を持つものとが、交互に配設さ
れている。図１の構成における本発明の特徴は、各永久
磁石２の各間隙に配設された、永久磁石２と同数の突極
３にある。この突極３は、軟鉄から形成されており、永
久磁石２の厚さと略同じ高さを有している。例えば以上
の様な構成により、ｑ軸側の磁束経路における磁気抵抗
値と、ｄ軸側の磁束経路における磁気抵抗値との差分を
できるだけ大きく確保すれば、比較的大きなリラクタン
ス・トルクを取り出すことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロータが有するコ
イルに駆動電流を通電するタイプの直流電動機に関す
る。また、本発明は特に、回転方向が主たる用途におい
て一定の直流電動機の、出力トルクの向上や小型化に有
効である。
イルに駆動電流を通電するタイプの直流電動機に関す
る。また、本発明は特に、回転方向が主たる用途におい
て一定の直流電動機の、出力トルクの向上や小型化に有
効である。
【０００２】
【従来の技術】図５に従来の直流電動機の回転軸に垂直
な断面の形状を例示する。この直流電動機のステータ
は、軟鉄製のステータ・ハウジング１と永久磁石２とか
ら構成されている。永久磁石２は、ロータＲの回転軸に
向かってＮ磁極を持つものと、ロータＲの回転軸に向か
ってＳ磁極を持つものとが、交互に配設されている。各
永久磁石２は、各永久磁石２の間にそれぞれ配置された
断面形状が略コの字型の図略の磁石押さえにより固定さ
れている。
な断面の形状を例示する。この直流電動機のステータ
は、軟鉄製のステータ・ハウジング１と永久磁石２とか
ら構成されている。永久磁石２は、ロータＲの回転軸に
向かってＮ磁極を持つものと、ロータＲの回転軸に向か
ってＳ磁極を持つものとが、交互に配設されている。各
永久磁石２は、各永久磁石２の間にそれぞれ配置された
断面形状が略コの字型の図略の磁石押さえにより固定さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の直流電動
機においては、出力可能なトルクは永久磁石の磁力に基
づくトルクのみであるため、強いトルクを十分に効率よ
くは引き出せておらず、したがって、所望の大きさのト
ルクを得ることができる電動機の小型化が十分には達成
できていなかった。
機においては、出力可能なトルクは永久磁石の磁力に基
づくトルクのみであるため、強いトルクを十分に効率よ
くは引き出せておらず、したがって、所望の大きさのト
ルクを得ることができる電動機の小型化が十分には達成
できていなかった。
【０００４】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、電動機のトルク出力機
構においてリラクタンス・トルクをも利用することによ
り、電動機の出力トルクを向上させること、或いは、所
望の大きさのトルクを得ることができる電動機を小型化
することである。
されたものであり、その目的は、電動機のトルク出力機
構においてリラクタンス・トルクをも利用することによ
り、電動機の出力トルクを向上させること、或いは、所
望の大きさのトルクを得ることができる電動機を小型化
することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の
効果】上記の課題を解決するためには、以下の手段が有
効である。即ち、第１の手段は、ロータが有するコイル
に駆動電流を通電するタイプの直流電動機において、ス
テータ・ハウジングの内側に配設された複数の永久磁石
の間隙の少なくとも１箇所に、磁性体から成る突極を設
けることである。尚、上記の突極は、磁石やハウジング
の固定部材や、或いはハウジングの拡張部分等から構成
しても良い。したがって、後述の第２実施例に例示する
様な永久磁石をハウジングに埋め込む様な形態であって
も良い。
効果】上記の課題を解決するためには、以下の手段が有
効である。即ち、第１の手段は、ロータが有するコイル
に駆動電流を通電するタイプの直流電動機において、ス
テータ・ハウジングの内側に配設された複数の永久磁石
の間隙の少なくとも１箇所に、磁性体から成る突極を設
けることである。尚、上記の突極は、磁石やハウジング
の固定部材や、或いはハウジングの拡張部分等から構成
しても良い。したがって、後述の第２実施例に例示する
様な永久磁石をハウジングに埋め込む様な形態であって
も良い。
【０００６】図５のステータは、軟鉄製のステータ・ハ
ウジング１と永久磁石２とから構成されているが、ロー
タＲを無視してこのステータだけに注目した時、中心点
（ロータＲの回転軸が来る位置）からステータ・ハウジ
ング１の外周までの磁気抵抗の値は、方向に殆ど依存し
ておらず、任意の方向に対して殆ど同じ値を示す。即
ち、中心点から見た磁気抵抗の値は概ね回転対称性を示
す。これは、空気の透磁率と磁石の透磁率とが略等しい
ためである。
ウジング１と永久磁石２とから構成されているが、ロー
タＲを無視してこのステータだけに注目した時、中心点
（ロータＲの回転軸が来る位置）からステータ・ハウジ
ング１の外周までの磁気抵抗の値は、方向に殆ど依存し
ておらず、任意の方向に対して殆ど同じ値を示す。即
ち、中心点から見た磁気抵抗の値は概ね回転対称性を示
す。これは、空気の透磁率と磁石の透磁率とが略等しい
ためである。
【０００７】したがって、この様な形態のステータを有
する直流電動機においては、リラクタンス・トルクを取
り出すことはできない。本発明は、ステータ・ハウジン
グの内側に、永久磁石の他に、磁性体から成る突極を設
けることで上記の様な磁気抵抗の回転対称性を大きく破
り、且つ、磁石トルクのピーク位置の近傍にリラクタン
ス・トルクのピーク位置を配置することにより、リラク
タンス・トルクをも電動機の出力トルクに利用するもの
であり、上記の構成により電動機の出力トルクの、一方
の回転方向における最大値を効果的に向上させることが
できる。
する直流電動機においては、リラクタンス・トルクを取
り出すことはできない。本発明は、ステータ・ハウジン
グの内側に、永久磁石の他に、磁性体から成る突極を設
けることで上記の様な磁気抵抗の回転対称性を大きく破
り、且つ、磁石トルクのピーク位置の近傍にリラクタン
ス・トルクのピーク位置を配置することにより、リラク
タンス・トルクをも電動機の出力トルクに利用するもの
であり、上記の構成により電動機の出力トルクの、一方
の回転方向における最大値を効果的に向上させることが
できる。
【０００８】したがって、本発明は特に、回転方向が一
定の電動機を用いて構成することができるポンプ、ファ
ン、ブロア等に有用であり、本発明はこれらに用いられ
る電動機を小型化したり、或いは、これらに用いられる
電動機の出力トルクを向上したりするのに大きな効果を
もたらす。上記の手段は、従来の構造に対して突極を追
加するだけで構成できるため、比較的簡単に実現するこ
とができる。ただし、本発明の直流電動機の構成は、そ
の回転方向を制約するものではない。即ち、本発明の直
流電動機は、出力トルクの大小を問わなければ、任意の
方向に回転させることができる。また、永久磁石とブラ
シの位置関係を動的に変更する可変機構を更に設けれ
ば、上記と全く同様の作用により、任意の回転方向にお
いて、従来よりも大きな出力トルクを得ることも可能で
ある。
定の電動機を用いて構成することができるポンプ、ファ
ン、ブロア等に有用であり、本発明はこれらに用いられ
る電動機を小型化したり、或いは、これらに用いられる
電動機の出力トルクを向上したりするのに大きな効果を
もたらす。上記の手段は、従来の構造に対して突極を追
加するだけで構成できるため、比較的簡単に実現するこ
とができる。ただし、本発明の直流電動機の構成は、そ
の回転方向を制約するものではない。即ち、本発明の直
流電動機は、出力トルクの大小を問わなければ、任意の
方向に回転させることができる。また、永久磁石とブラ
シの位置関係を動的に変更する可変機構を更に設けれ
ば、上記と全く同様の作用により、任意の回転方向にお
いて、従来よりも大きな出力トルクを得ることも可能で
ある。
【０００９】また、第２の手段は、上記の第１の手段に
おいて、永久磁石の各間隙に突極をそれぞれ１つずつ設
けることである。この様な構成によれば、突極を最も多
数設けることができるため、最も強力にリラクタンス・
トルクを得ることができる。
おいて、永久磁石の各間隙に突極をそれぞれ１つずつ設
けることである。この様な構成によれば、突極を最も多
数設けることができるため、最も強力にリラクタンス・
トルクを得ることができる。
【００１０】また、第３の手段は、上記の第１又は第２
の手段において、突極を軟鉄、純鉄、珪素鋼板、快削純
鉄（ＭＥ１Ｆ）、又はパーマロイから構成することであ
る。本発明の作用・効果は、任意の磁性体から上記の突
極を構成することにより得ることができるが、これらの
磁性体は、非常に透磁率が高いか、或いは比較的安価で
あるため、本発明の突極の構成材料として最も利用価値
が高い。即ち、本発明の突極を上記の磁性体で構成する
ことにより、安価或いは効果的に本発明の作用・効果を
実現することができる。以上の本発明の手段により、前
記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができ
る。
の手段において、突極を軟鉄、純鉄、珪素鋼板、快削純
鉄（ＭＥ１Ｆ）、又はパーマロイから構成することであ
る。本発明の作用・効果は、任意の磁性体から上記の突
極を構成することにより得ることができるが、これらの
磁性体は、非常に透磁率が高いか、或いは比較的安価で
あるため、本発明の突極の構成材料として最も利用価値
が高い。即ち、本発明の突極を上記の磁性体で構成する
ことにより、安価或いは効果的に本発明の作用・効果を
実現することができる。以上の本発明の手段により、前
記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例
に限定されるものではない。 〔第１実施例〕図１は、本第１実施例に係わる直流電動
機１００の回転軸に垂直な断面の断面図である。この直
流電動機のステータは、軟鉄製のステータ・ハウジング
１と永久磁石２とから構成されている。永久磁石２は、
ロータＲの回転軸に向かってＮ磁極を持つものと、ロー
タＲの回転軸に向かってＳ磁極を持つものとが、交互に
配設されている。
基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例
に限定されるものではない。 〔第１実施例〕図１は、本第１実施例に係わる直流電動
機１００の回転軸に垂直な断面の断面図である。この直
流電動機のステータは、軟鉄製のステータ・ハウジング
１と永久磁石２とから構成されている。永久磁石２は、
ロータＲの回転軸に向かってＮ磁極を持つものと、ロー
タＲの回転軸に向かってＳ磁極を持つものとが、交互に
配設されている。
【００１２】図１の構成における本発明の特徴は、各永
久磁石２の各間隙に配設された、永久磁石２と同数の突
極３にある。この突極３は、純鉄から形成されており、
永久磁石２の厚さと略同じ高さｈを有している。
久磁石２の各間隙に配設された、永久磁石２と同数の突
極３にある。この突極３は、純鉄から形成されており、
永久磁石２の厚さと略同じ高さｈを有している。
【００１３】図２は、上記の直流電動機１００のステー
タの断面図である。始点ａ１から終点ａ２までを通る磁
束経路Ａと、始点ｂ１から終点ｂ２までを通る磁束経路
Ｂの各経路における磁気抵抗をそれぞれΓA ，ΓB とす
ると、両者の差ΔΓ（≡ΓB−ΓA ）は、次式（１）の
関係をおおよそ満たす。
タの断面図である。始点ａ１から終点ａ２までを通る磁
束経路Ａと、始点ｂ１から終点ｂ２までを通る磁束経路
Ｂの各経路における磁気抵抗をそれぞれΓA ，ΓB とす
ると、両者の差ΔΓ（≡ΓB−ΓA ）は、次式（１）の
関係をおおよそ満たす。
【数１】
ΔΓ∝ｈ（１／μB ｓB −１／μA ｓA ） …（１）
ただし、ここで、μB は永久磁石２の透磁率（約１．０
５）であり、μA は純鉄より成る突極３の透磁率（約６
０００〜８０００）である。また、ｓB は１つの永久磁
石２の回転軸に対面する内向きの内壁の面積で、ｓA は
１つの突極３の回転軸に対面する内向きの内壁の面積で
ある。
５）であり、μA は純鉄より成る突極３の透磁率（約６
０００〜８０００）である。また、ｓB は１つの永久磁
石２の回転軸に対面する内向きの内壁の面積で、ｓA は
１つの突極３の回転軸に対面する内向きの内壁の面積で
ある。
【００１４】例えば以上の様な構成により、ｄ軸側（磁
束が磁性体を通る側）の磁束経路における磁気抵抗値
と、ｑ軸側（磁束が永久磁石を通る側）の磁束経路にお
ける磁気抵抗値との差分（ΔΓ≡ΓB −ΓA ）をできる
だけ大きく確保すれば、比較的大きなリラクタンス・ト
ルクを取り出すことができる。ただし、必要以上にｈを
大きく取ることは、電動機の小型化に反するため注意を
要する。この意味で、突極３は従来構成に対する付加的
なものと考え、且つ、突極３の高さｈは永久磁石２の厚
さと略同じに確保することが望ましい。
束が磁性体を通る側）の磁束経路における磁気抵抗値
と、ｑ軸側（磁束が永久磁石を通る側）の磁束経路にお
ける磁気抵抗値との差分（ΔΓ≡ΓB −ΓA ）をできる
だけ大きく確保すれば、比較的大きなリラクタンス・ト
ルクを取り出すことができる。ただし、必要以上にｈを
大きく取ることは、電動機の小型化に反するため注意を
要する。この意味で、突極３は従来構成に対する付加的
なものと考え、且つ、突極３の高さｈは永久磁石２の厚
さと略同じに確保することが望ましい。
【００１５】図３は、磁石トルクＴm ，リラクタンス・
トルクＴr 、及びこれらの合成トルクＴの負荷角δとの
関係を例示するグラフである。本図３の合成トルクＴ
は、δ＝４５°〜９０°付近において、従来構成の電動
機の出力（トルクＴm ）よりも大きな値を示しており、
δ＝６５°〜７５°付近で最大値を示す。従来構成で
は、負荷角δが９０°となる幾何学的中性軸にブラシが
配置されるが、本実施例の直流電動機１００におけるブ
ラシの位置は、上記のトルクピークの位置が移動した分
（Δδ）だけ、幾何学的中性軸から回転方向に遅らせて
配置する。本図３では、このΔδの値は１５°〜２０°
程度になる。
トルクＴr 、及びこれらの合成トルクＴの負荷角δとの
関係を例示するグラフである。本図３の合成トルクＴ
は、δ＝４５°〜９０°付近において、従来構成の電動
機の出力（トルクＴm ）よりも大きな値を示しており、
δ＝６５°〜７５°付近で最大値を示す。従来構成で
は、負荷角δが９０°となる幾何学的中性軸にブラシが
配置されるが、本実施例の直流電動機１００におけるブ
ラシの位置は、上記のトルクピークの位置が移動した分
（Δδ）だけ、幾何学的中性軸から回転方向に遅らせて
配置する。本図３では、このΔδの値は１５°〜２０°
程度になる。
【００１６】合成トルクＴを導く一般式を次式（２）に
示す。
示す。
【数２】
Ｔ ＝Ｔm ＋Ｔr ，
Ｔm ＝３ｐＥ0aＶa （ sinδ）／ωＸad，
Ｔr ＝３ｐＶa 2 （１／Ｘaq−１／Ｘad）・（sin ２δ）／２ω …（２）
（記号）
Ｔm … 磁石トルク
Ｔr … リラクタンス・トルク
Ｔ … 合成トルク
ｐ … 極対数（＝磁極数／２）
ω … 電気的角速度
Ｖa … 印加電圧
Ｅ0a … 誘導起電力
δ … 負荷角（内部相差角）
Ｘad … 直軸リアクタンス（＝ωＬad）
Ｘaq … 横軸リアクタンス（＝ωＬaq）
【００１７】例えば以上の様な構成の直流電動機１００
は、回転方向が一定の電動機を用いて構成することがで
きるポンプ、ファン、ブロア等に有用であり、本発明は
これらに用いられる電動機を従来の電動機よりも小型化
したり、或いは、これらに用いられる電動機の出力トル
クを向上したりするのに大きな効果をもたらす。ただ
し、本発明の直流電動機の構成は、その回転方向を制約
するものではない。即ち、本発明の直流電動機は、出力
トルクの大小を問わなければ、任意の方向に回転させる
ことができる。
は、回転方向が一定の電動機を用いて構成することがで
きるポンプ、ファン、ブロア等に有用であり、本発明は
これらに用いられる電動機を従来の電動機よりも小型化
したり、或いは、これらに用いられる電動機の出力トル
クを向上したりするのに大きな効果をもたらす。ただ
し、本発明の直流電動機の構成は、その回転方向を制約
するものではない。即ち、本発明の直流電動機は、出力
トルクの大小を問わなければ、任意の方向に回転させる
ことができる。
【００１８】また、上記のΔδの値（永久磁石とブラシ
の位置関係）を動的に変更する可変機構を設ければ、任
意の回転方向において、従来よりも大きな出力トルクを
得ることも可能である。
の位置関係）を動的に変更する可変機構を設ければ、任
意の回転方向において、従来よりも大きな出力トルクを
得ることも可能である。
【００１９】〔第２実施例〕図４は本第２実施例に係わ
る直流電動機２００の回転軸に垂直な断面の断面図であ
る。本第２実施例の突極３は、ハウジング１と同一の材
料（軟鉄）から形成されている。例えばこの様に、突極
３はハウジング１の内壁を内側に拡張することにより形
成しても良い。この様な構成によっても、本発明の作用
により、本発明の効果を得ることができる。
る直流電動機２００の回転軸に垂直な断面の断面図であ
る。本第２実施例の突極３は、ハウジング１と同一の材
料（軟鉄）から形成されている。例えばこの様に、突極
３はハウジング１の内壁を内側に拡張することにより形
成しても良い。この様な構成によっても、本発明の作用
により、本発明の効果を得ることができる。
【図１】本発明の第１実施例に係わる直流電動機１００
の回転軸に垂直な断面の断面図。
の回転軸に垂直な断面の断面図。
【図２】直流電動機１００のステータの断面図。
【図３】各トルクＴ，Ｔm ，Ｔr の負荷角δとの関係を
例示するグラフ。
例示するグラフ。
【図４】本発明の第２実施例に係わる直流電動機２００
の回転軸に垂直な断面の断面図。
の回転軸に垂直な断面の断面図。
【図５】従来の直流電動機の回転軸に垂直な断面の断面
図。
図。
１００ … 直流電動機
１ … ステータハウジング
２ … 永久磁石
３ … 突極
Ｒ … ロータ
Ａ … ｑ軸側の磁束経路（磁気抵抗差を算出する際
の積分経路） Ｂ … ｄ軸側の磁束経路（磁気抵抗差を算出する際
の積分経路） ａ１ … 磁束経路Ａの始点 ａ２ … 磁束経路Ａの終点 ｂ１ … 磁束経路Ｂの始点 ｂ２ … 磁束経路Ｂの終点 ｈ … 突極３の高さ ｈ … 突極３の高さ Ｔm … 磁石トルク Ｔr … リラクタンス・トルク Ｔ … 合成トルク（Ｔ＝Ｔm ＋Ｔr ） δ … 負荷角
の積分経路） Ｂ … ｄ軸側の磁束経路（磁気抵抗差を算出する際
の積分経路） ａ１ … 磁束経路Ａの始点 ａ２ … 磁束経路Ａの終点 ｂ１ … 磁束経路Ｂの始点 ｂ２ … 磁束経路Ｂの終点 ｈ … 突極３の高さ ｈ … 突極３の高さ Ｔm … 磁石トルク Ｔr … リラクタンス・トルク Ｔ … 合成トルク（Ｔ＝Ｔm ＋Ｔr ） δ … 負荷角
Claims (3)
- 【請求項１】ロータが有するコイルに駆動電流を通電す
るタイプの直流電動機において、 ステータ・ハウジングの内側に配設された複数の永久磁
石の間隙の少なくとも１箇所に、磁性体から成る突極を
設けたことを特徴とする直流電動機。 - 【請求項２】前記永久磁石の各間隙に前記突極をそれぞ
れ１つずつ有することを特徴とする請求項１に記載の直
流電動機。 - 【請求項３】前記突極を軟鉄、純鉄、珪素鋼板、快削純
鉄（ＭＥ１Ｆ）、又はパーマロイから構成したことを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載の直流電動機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002113464A JP2003309939A (ja) | 2002-04-16 | 2002-04-16 | 直流電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002113464A JP2003309939A (ja) | 2002-04-16 | 2002-04-16 | 直流電動機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003309939A true JP2003309939A (ja) | 2003-10-31 |
Family
ID=29395647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002113464A Pending JP2003309939A (ja) | 2002-04-16 | 2002-04-16 | 直流電動機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003309939A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100289387A1 (en) * | 2009-05-15 | 2010-11-18 | Denso Corporation | Rotation detecting apparatus and direct current motor |
| JP2012016131A (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Asmo Co Ltd | ロータ、及びモータの製造方法 |
| US8647082B2 (en) | 2009-11-16 | 2014-02-11 | Aisan Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel pump |
| US9667107B2 (en) | 2010-06-30 | 2017-05-30 | Asmo Co., Ltd. | Motor and rotor |
| CN109756075A (zh) * | 2017-11-06 | 2019-05-14 | 标准微型摩打日本有限公司 | 马达 |
-
2002
- 2002-04-16 JP JP2002113464A patent/JP2003309939A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100289387A1 (en) * | 2009-05-15 | 2010-11-18 | Denso Corporation | Rotation detecting apparatus and direct current motor |
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| CN109756075A (zh) * | 2017-11-06 | 2019-05-14 | 标准微型摩打日本有限公司 | 马达 |
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